(57)【要約】【課題】  本発明は、ドームプレートの半径方向セクション内の冷却孔に対して露出するように輪郭付けされたスワーラを含む燃焼器ドーム組立体を提供する。【解決手段】  燃焼器ドーム組立体（１０）は、開口（３６）の各々間に形成された半径方向セクション（３７）が冷却トラフ（３５）を含む環状のドームプレート（２０）と、前方部分（５０）及び後方部分（５２）を有するドームプレート内の開口の各々と整列した状態で該ドームプレートの上流に設置された自由浮動スワーラ（２６）とを含む。各スワーラの後方部分は、ガスタービンエンジンの作動中に冷却トラフへの空気流を可能にするように構成されている。スワーラ後方部分は、ドームプレートの前面（３４）に隣接して延びる環状のフランジ（７４）を含み、ドームプレートの半径方向セクション（３７）に隣接するフランジの周辺部の対向する部分（９５、９７）が直線状である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸線（１２）を有するガスタービンエンジン用の燃焼器ドーム組立体（１０）であって、
（ａ）内側部分（３０）と外側部分（３２）と前面（３４）とその中に形成された複数の円周方向に間隔を置いて配置された開口（３６）とを有し、前記開口（３６）の各々間に形成された半径方向セクション（３７）がその中に形成された冷却トラフ（３５）を含む環状のドームプレート（２０）と、
（ｂ）前方部分（５０）及び後方部分（５２）を含み、前記ドームプレート（２０）内の開口（３６）の各々と整列した状態で該ドームプレート（２０）の上流に設置された自由浮動スワーラ（２６）と、を含み、
各前記スワーラ（２６）の後方部分（５２）が、ガスタービンエンジンの作動中に前記冷却トラフ（３５）への空気流を可能にするように構成されている、
燃焼器ドーム組立体（１０）。
【請求項２】
前記スワーラ後方部分（５２）が、前記ドームプレート（２０）の前面（３４）に隣接して延びる環状のフランジ（７４）をさらに含み、前記ドームプレート（２０）の半径方向セクション（３７）に隣接する前記フランジ（７４）の周辺部の対向する部分（９５、９７）が直線状になっている、請求項１記載の燃焼器ドーム組立体（１０）。
【請求項３】
前記ドームプレート（２０）内の隣接する開口（３６）間の円周方向距離（６４）が、所定の大きさよりも大きくない、請求項１記載の燃焼器ドーム組立体（１０）。
【請求項４】
前記スワーラ後方部分（５２）が、前記フランジ（７４）に結合されかつ前記ドームプレート開口（３６）を通る中心軸線（５３）に並行に配向されたリップ（７６）をさらに含む、請求項１記載の燃焼器ドーム組立体（１０）。
【請求項５】
前記ドームプレート（２０）内の各開口（３６）に結合されかつ該各開口（３６）内に配置されたデフレクタプレート（２８）をさらに含み、各デフレクタプレート（２８）の内面（５７）と前記スワーラ後方リップ（７６）との間に空洞（５５）が形成されている、請求項４記載の燃焼器ドーム組立体（１０）。
【請求項６】
中心軸線（１２）を有するガスタービンエンジン燃焼器（１０）用の自由浮動スワーラであって、
（ａ）燃料ノズル（２４）を受ける前方部分（５０）と、
（ｂ）少なくとも１つの直線状の部分（９５、９７）を備えた周辺部を有する環状のフランジ（７４）を含み、ドームプレート（２０）の前面（３４）と摺動関係になっている後方部分（５２）と、
（ｃ）その中に配置された複数の羽根（４８）を含む、前記前方及び後方部分（５０、５２）間に設置された中間部分と、
を含むスワーラ。
【請求項７】
前記フランジ（７４）の周辺部が、対向する前記直線状の部分（９５、９７）間で該フランジの周辺部の周りで可変半径（Ｒ１、Ｒ２）を有する、請求項６記載のスワーラ。
【請求項８】
前記フランジ（７４）が、該フランジの後面（９８）に沿って凹設区域（１００）を形成するようにアンダカット部を含む、請求項６記載のスワーラ。
【請求項９】
前記フランジ（７４）が、その中に形成された、前記凹設区域（１００）と流れ連通した複数のパージ孔（１０２）を含む、請求項８記載のスワーラ。
【請求項１０】
前記スワーラ後方部分（５２）が、前記フランジ（７４）に結合されかつ該スワーラを通る中心軸線（５３）に並行に配向されたリップ（７６）をさらに含む、請求項６記載のスワーラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンエンジン用の燃焼器ドーム組立体に関し、具体的には、それに掛かる応力を制限しかつ隣接するドームプレートの半径方向セクション内の冷却孔に対して露出することを可能にするように輪郭付けされたスワーラを含む燃焼器ドーム組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
内側及び外側ライナと共にドーム部分が、燃焼室の境界を形成する働きをすることは、ガスタービンエンジンの燃焼器技術においては良く知られている。燃料及び空気の混合気が、このような燃焼室内で点火され燃焼されて、その生成物が、タービンのブレードと相互作用して１つ又はそれ以上のシャフトを通る仕事を生成することができるようになっている。環状の燃焼器ドームはまた、燃料／空気混合気が所望の状態で燃焼室に供給されるような円周方向に沿った方法で複数のミキサを配置する働きをする。
【０００３】
ガスタービン燃焼器は一般的に、燃焼器内への空気漏れを防止しかつさらに燃焼器、燃焼ケーシング及び燃料ノズルの熱膨張を許すような浮動フェルール又は主スワーラを必要とする。多くの場合、この要件は、二次スワーラ又はパッドをドーム内にろう付けしかつ浮動フェルール又は主スワーラを所定位置に保持する溶接リテーナを使用することによって達成されてきた。このような構成部品の配置は燃焼器性能及び機能にとって重要であることが分かるであろう。このような構成の実例が、特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【０００４】
典型的な燃焼器構成は、めがねプレート構造を強化するための特徴形状（例えば、リブ、冷却孔などの追加）を組み入れるための適当なスペースをスワーラカップ間に有しているが、現行の燃焼器設計では、エミッションを最小にするためにリーン（希薄混合気）で作動させるような一部の形状制約条件が持ち込まれるようになってきた。特許文献３に開示されているように、１つの具体的な燃料／空気ミキサ構成は、その中にパイロットミキサを含んだ燃料ノズルを備える。次ぎに燃料ノズルは、主ミキサの内部に設置される。従って、燃料ノズルと該燃料ノズルに組み合わされた対応するスワーラ組立体との大きさが、以前に用いていたものより著しく増大し、それによって隣接するスワーラカップ間の距離が減少している。より大きな直径を有する環状のドームを用いることは、エンジンの重量を増大させ、また該環状のドームプレートと接合する構成部品の変更を必要とすることになる。従って、ドームプレート内の開口を拡大し、それによって隣接する開口間の円周方向の距離を小さくするようになってきた。
【０００５】
一般的に複数のデフレクタプレートが燃焼器ドーム組立体内に設けられることが分かるであろう。そのようなデフレクタプレートは、周方向に間隔を置いた状態でドームプレート内の各開口に隣接して該ドームプレートに結合され、燃焼室の過酷な作用からドームプレートを保護する。デフレクタプレートの側端縁の冷却は、ドームプレートの隣接する開口間の半径方向セクション内に配置した冷却孔によって行われる。燃焼器ドーム組立体におけるスワーラは、高温ガスの漏れを防止し、かつ燃焼器ドーム組立体の熱膨張を許すことができるものでなくてはならない。
【特許文献１】特開２００２−０７１１３４号公報
【特許文献２】米国特許第６，３１４，７３９号公報
【特許文献３】特開２００２−１１５８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、上述のことに照らして、隣接するスワーラカップ間の最小の間隔に適応する燃焼器ドーム組立体が開発されることが望ましいと思われる。また、スワーラカップ内の冷却流を妨げずにその意図する機能を達成するように構成されたスワーラが開発されることも望ましいと言える。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の例示的な実施形態では、それを通って延びる縦方向中心軸線を有するようなガスタービンエンジン用の燃焼器ドーム組立体を開示する。本燃焼器ドーム組立体は、内側部分と外側部分と前面とその中に形成された複数の円周方向に間隔を置いて配置された開口とを有し、該開口の各々間に形成された半径方向セクションがその中に形成された冷却トラフを含む環状のドームプレートと、
前方部分及び後方部分を含み、ドームプレート内の開口の各々とほぼ整列した状態で該ドームプレートの上流に設置された自由浮動スワーラとを含む。各スワーラの後方部分は、ガスタービンエンジンの作動中に冷却トラフへの空気流を可能にするように構成されている。具体的には、スワーラ後方部分は、ドームプレートの前面に隣接して延びるほぼ環状のフランジを含み、ドームプレートの半径方向セクションに隣接するフランジの周辺部の対向する部分がほぼ直線状になっている。
【０００８】
本発明の第２の例示的な実施形態では、それを通る縦方向中心軸線を有するようなガスタービンエンジン燃焼器用の自由浮動スワーラを開示する。本スワーラは、燃料ノズルを受ける前方部分と、少なくとも１つのほぼ直線状の部分を備えた周辺部を有するほぼ環状のフランジを含み、ドームプレートの前面と摺動関係になっている後方部分と、その中に配置された複数の羽根を含む、前方及び後方部分間に設置された中間部分とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面においては図全体を通して同一の符号は同じ要素を示しているが、ここでその図面を詳細に参照すると、図１は、それを通って延びる縦方向中心軸線１２を有する例示的なガスタービンエンジン燃焼器１０を示す。燃焼器１０は、外側ライナ１６と内側ライナ１８とそれらライナの上流端部に設置されたドームプレート２０とにより画成された燃焼室１４を含む。複数の燃料／空気ミキサ２２が、燃料及び空気の混合気を燃焼室１４内に導入するようにドームプレート２０内に円周方向に間隔を置いて配置され、該燃焼室内において混合気は点火器（図示せず）によって点火されて燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスを使用して燃焼室の下流の１つ又はそれ以上のタービンを駆動することが分かるであろう。より具体的には、各空気／燃料ミキサ２２は、燃料ノズル２４、スワーラ２６及びデフレクタプレート２８を含むのが好ましい。
【００１０】
より具体的には、ドームプレート２０は、構成が環状でありかつ内側部分３０と外側部分３２と前面３４とその中に形成された複数の円周方向に間隔を置いて配置された開口３６（図３参照）とを含むことが分かるであろう。従って、ドームプレート２０内の各隣接する開口３６間に、半径方向のセクション３７が形成される。各半径方向セクション３７はその中に形成された複数の冷却孔４１を有する冷却区域又はトラフ３５を含むのが好ましいことが図３で分かるであろう。環状の外側カウル３８は、複数の継手４０（例えば、ボルト及びナット）によって、その下流端部３９においてドームプレート２０の外側部分３２に固定されると共に外側ライナ１６にも固定される。同様に、環状の内側カウル４４は、複数の継手４６（ボルト及びナット）によって、その下流端部４５においてドームプレート２０の内側部分３０に固定されると共に内側ライナ１８にも固定される。
【００１１】
デフレクタプレート２８は、ドームプレート２０内の各開口３６と組み合わされ、従って開口３６の周りで円周方向の形態で間隔を置いて配置される。各デフレクタプレート２８は、ろう付けなどによってドームプレート２０に取付けられるのが好ましい。より具体的には、デフレクタプレート２８は各々、ドームプレート開口３６の内面４２内部に配置される大きさにされたほぼ環状のセクション２７を含む。ほぼ平らなフランジが、環状セクション２７の後端部から延び、それぞれ該環状セクションの半径方向外側及び半径方向内側部分から延びた傾斜フランジ３１及び３３を有する。参照符号４３及び５１で示すように、傾斜フランジ３１及び３３の少なくとも一部分には断熱被膜が施工されるのが好ましい。
【００１２】
燃料ノズル２４は、特開２００２−１１５８４７号公報に開示されている種類のものであることが好ましく、この米国特許の開示内容は参考文献として本明細書に組み入れられる。燃料ノズル２４は、標準的な燃料ノズルよりも大きく、従ってドームプレート２０内にはより大きい開口３６を必要とすることが分かるであろう。従って、ドームプレート２０内の各開口３６は、少なくとも所定の直径（およそ従来のドームプレート開口よりも少なくとも３倍大きい）を有し、開口３６間の円周方向距離６４（半径方向セクション３７の円周方向距離）は所定の大きさ（従来のドームプレートの円周方向距離のおよそ１／３又はそれ以下）よりも大きくない。
【００１３】
各スワーラ２６は、ドームプレート２０内の開口３６とほぼ整列した状態になるように、ドームプレート２０の前面３４とそれぞれ外側及び内側カウル３８及び４４の上流端部４７及び４９との間に設置される。さらに、各スワーラ２６は、前方部分５０及び後方部分５２を含む。スワーラ２６は、空気／燃料ミキサ２２のいかなる他の構成部品に対しても固定又は取付けられておらず、各開口３６を通る中心軸線５３に対して半径方向及び軸方向の両方向に自由に浮動することが可能になっていることを理解されたい。各スワーラ２６は、中心軸線５３に対してほぼ半径方向に旋回流を生じるように配向された羽根４８をその中に含むのが好ましい。
【００１４】
スワーラ前方部分５０は、米国特許出願第１0/638597号に開示されているような、それぞれ外側及び内側カウル３８及び４４に組み合わされた第１及び第２のタブ部材５４及び５６間で移動する半径方向フランジ７０を含むのが好ましいことが分かるであろう。上記の特許出願は、本特許出願と同時に出願されたもので米国出願第１0/638597号であり、これもまた本発明の出願人によるものであり、参考文献として本明細書に組み入れられる。スワーラ前方部分はまた、燃料ノズル２４を受けるための軸方向セクション７２を含む。軸方向セクション７２の前面上に回転防止部材５８及び６０を設けて隣接するスワーラの回転防止部材と係合させ、それによってスワーラ２６が回転するのを防止する（図４参照）。
【００１５】
スワーラ後方部分５２は、ドームプレート前面３４のボス部分７５に沿って半径方向に摺動可能なフランジ７４を含むのが好ましい。リップ７６が、フランジ７４に結合され、好ましくは該リップが中心軸線５３にほぼ平行になるようにフランジ７４に対してほぼ垂直に配向される。リップ７６はドームプレート前面３４の後方に延びて、該リップがデフレクタプレート２８の環状セクション２７と相互接触し、それによってスワーラ２６の半径方向の移動を制限するようになる。
【００１６】
スワーラフランジ７４に関して、図６から、スワーラフランジ７４は、半径方向外側部分７８におけるほぼ円弧状の周辺部７７と半径方向内側部分８０におけるほぼ円弧状の周辺部７９とを有するように構成されるのが好ましいことに注目されたい。そのようなフランジ部分７８及び８０は、該フランジから軸方向前方に高温ガスが漏れるのを防止することができる。さらに図６から、半径方向外側部分７８及び半径方向内側部分８０は、複合半径すなわち可変半径Ｒ１及びＲ２を有することを理解されたい。言い換えると、半径Ｒ１は、およそ時計の１２時の位置で最も大きく、時計方向及び反時計方向の両方向に移動するにつれて、それぞれ参照符号８２及び８４で示した所定の点までより小さく（最大半径のおよそ６０〜８０％）なる。同様に、半径Ｒ２は、およそ時計の６時の位置で最も大きく、時計方向及び反時計方向の両方向に移動するにつれて、それぞれ参照符号８６及び８８で示した所定の点までより小さく（最大半径のおよそ６０〜８０％）なる。スワーラフランジは、該スワーラフランジを通る半径方向平面９０に関して対称であるが、それらの異なる半径方向位置のために該スワーラフランジを通る円周方向平面９２に関しては対称でないことが分かるであろう。
【００１７】
スワーラフランジ７４はまた、周辺部の一部９５が所定の点８２及び８６間でほぼ直線状になっているような第１の側方部分９４と、側方部分９４の反対側に位置し、該スワーラフランジ７４の周辺部の一部９７が所定の点８４及び８８間でほぼ直線状になっている第２の側方部分９６とを含むのが好ましい。直線状部分９５及び９７の長さは、冷却トラフ３５の長さのおよそ１／３であることが分かるであろう。このような直線状部分９５及び９７の長さは、ドームプレート前面３４のボスセクション７５の厚さ８１が最も小さく（すなわち、ボスセクションの最大厚さのおよそ１／２又はそれ以下）なっている区域に対応する。ほぼ直線状の周辺部分９５及び９７は、ドームプレート２０内の冷却トラフ３５とほぼ整列しかつ該冷却トラフ３５に隣接するように配向されて、ガスタービンエンジンの作動中に冷却流が冷却孔４１に流入するのを妨げることがないようになる。その上、ほぼ直線状の周辺部分９５及び９７は、スワーラフランジ７４に掛かる応力を所定の大きさの範囲内（好ましくは、スワーラフランジに使用している材料の降伏強度の範囲内）に制限する働きをする。
【００１８】
デフレクタプレート２８の内面５７とスワーラ後方部分５２との間に形成された空洞５５内への冷却空気を保証するために、スワーラ後方部分５２の後面９８には、該後面９８に沿って凹設区域１００を形成するようにアンダカット部が施されている。そのような凹設区域１００におけるスワーラ後方部分５２の厚さは、およそ２０〜５０％小さいのが好ましく、また断熱被膜層が設けられる。さらに、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたパージ孔１０２が、スワーラフランジ７４を貫通して設けられ、これらパージ孔１０２は、凹設区域１００に流れ連通しているのが好ましい。このようにして、冷却空気がパージ孔１０２を通して空洞５５内に供給される。パージ孔１０２の少なくとも一部は、デフレクタプレート環状セクション２７の内面５７に対して冷却空気を供給するような第１の方向に傾斜していることを理解されたい。パージ孔１０２の少なくとも一部はまた、デフレクタプレート環状セクション２７の内面５７に対して冷却空気を供給するような第２の方向に傾斜しているのが好ましい。最後に、パージ孔１０２の少なくとも一部は、スワーラフランジ７４を貫通して空洞５５に向けて真直ぐに配向されている。パージ孔１０２は、ほぼ同一の大きさにすることもできるし、或いは極所的ホットスポット及びその他の過酷状態区域に応じてその直径を変化させることもできる。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態を示しかつ説明してきたが、燃焼器ドーム組立体及びそのスワーラのさらなる改造は、本発明の技術的範囲から逸脱することなく当業者による適当な変更によって達成することができる。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の燃焼器ドーム組立体を含むガスタービンエンジン燃焼器の断面図。
【図２】図１に示す燃焼器ドーム組立体の部分拡大断面図。
【図３】図１及び図２に示す燃焼器ドーム組立体のドームプレートの部分拡大前面図。
【図４】スワーラがその開口内に配置された状態における、図３に示すドームプレートの部分拡大前面図。
【図５】図１、図２及び図４に示すスワーラのドームプレートの後方斜視図。
【図６】図５に示すスワーラの後面図。
【符号の説明】
【００２１】
１０  燃焼器ドーム組立体
１４  燃焼室
１６  外側ライナ
１８  内側ライナ
２０  ドームプレート
２２  燃料／空気ミキサ
２４  燃料ノズル
２６  スワーラ
２８  デフレクタプレート
３０  ドームプレート内側部分
３２  ドームプレート外側部分
３４  ドームプレート前面
３５  冷却トラフ
３６  開口
３７  ドームプレートの半径方向セクション
３８  外側カウル
４４  内側カウル
５０  スワーラ前方部分
５２  スワーラ後方部分
５３  中心軸線
７４  スワーラフランジ
７６  スワーラ後方リップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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